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Abbildung 1: Die Molekülwolke Barnard 68 aufgenommen vom VLT.
In Gas-und Staubwolken wie diesem findet Sternentstehung statt. Die
Wolke ist für sichtbares Licht und UV-Strahlung undurchdringlich.
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Abbildung 2: Die Galaxis M 83. Das obere Bild zeigt eine Aufnahme im
sichtbaren Licht (VLT, FORS Team). Das untere Bild zeigt dieselbe
Region im Röntgenlicht aufgenommen vom Chandra-Röntgenteleskop (R.Soria & K.Wu).
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Abbildung 3: Das Verhältnis von Sternentstehungsrate zur
Gesamtleuchtkraft von Röntgendoppelsternen mit einem massereichen
Begleiter für nahe Galaxien (blaue Symbole) und weit entfernte
Galaxien (rote Symbole).
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Obwohl die sichtbare Materie in Form von Sternen nur einen kleinen
Bruchteil der Masse des Universums ausmacht, sind Sterne von
überragender Bedeutung für das Leben auf der Erde. Die
Elemente, die die Erde und andere Planeten ausmachen, sind die Asche
von explodierten Sternen. Außerdem ist unsere Sonne der
Energielieferant für alles Leben auf der Erde. Für das
Verständnis der Entwicklung des Sonnensystems und der Galaxien
im allgemeinen ist es daher von großem Interesse, zu verstehen,
wie und wo Sterne entstehen.
Aus Beobachtungen weiß man, daß Sternentstehung auf
verschiedene Weisen stattfindet. Entweder entstehen viele Sterne in
kurzer Zeit, wie beispielsweise bei der Kollision von Galaxien, oder
Sterne entstehen in einem langsamen, kontinuierlichen Prozess, wie
in der Milchstraße. Die Sternentstehungsrate bezeichnet die
Masse Gas und Staub, die pro Jahr in neue Sterne umgewandelt wird,
und wird in Sonnemassen pro Jahr gemessen.
Die Messung dieser Sternentstehungsrate ist sehr schwierig.
Sternentstehung findet in dichten Gas- und Staubwolken statt, die
die Beobachtung stark behindern, siehe Abb. 1. Alle Meßmethoden
zur Bestimmung der Sternentstehungsrate basieren außerdem auf
nicht gut verstandenen Details des Sternentstehungsprozesses.
Forscher am Max-Planck-Institut für Astrophysik haben nun
vorgeschlagen, spezielle Doppelsternsysteme als Maß für die
Sternentstehung zu verwenden. Diese Doppelsternsysteme bestehen
aus einem sehr massereichen Stern, mindestens zehnmal schwerer als die
Sonne, und einem sogenannten kompakten Objekt, einem Neutronenstern
oder Schwarzen Loch. Der Neutronenstern oder das Schwarze Loch zieht
aufgrund seiner Masse Materie von dem normalen Stern ab. Während
die Materie auf das kompakte Objekt zufällt, heizt sich die Materie
sehr stark auf und strahlt am Ende Röntgenstrahlung ab. Die
Röntgenstrahlung dieser Doppelsternsysteme kann heute von
Satelliten auch in anderen Galaxien beobachtet werden. Ein Beispiel
zeigt Abb. 2, einmal eine Aufnahme im sichtbaren Licht der Galaxis
M 83, und einmal eine Röntgenaufnahme desselben Objekts. Man
erkennt klar, die einzelnen Röntgendoppelsterne.
Diese speziellen Doppelsternsysteme sind gut geeignet, die
Sternentstehungsrate zu messen, da ihre Lebensdauer sehr kurz ist:
Je schwerer ein normaler Stern ist, desto kürzer ist seine
Lebenszeit. Daher beobachtet man diese Systeme in Gebieten mit
aktiver Sternentstehung. Diese neue Methode der Messung der
Sternentstehungsrate hat mehrere Vorteile. Die Röntgenstrahlung
durchdringt die dichten Gas- und Staubwolken leicht. Außerdem
ist diese Methode unabhängig von den Details des
Sternentstehungsprozesses. Darüberhinaus sind die Voraussetzungen,
diese Systeme zu erzeugen, schwer zu erfüllen, sodaß sie
relativ selten sind. Das macht ihre Beobachtung auch bei grösseren
Entfernungen möglich, ohne Verwirrung durch die Anzahl der Systeme.
Eine Forschergruppe des Max-Planck-Instituts für Astrophysik hat
an Hand der Analyse von Daten des Chandra-Röntgenteleskops
gezeigt, daß die die Zahl und Helligkeit dieser
Dopplersternsysteme gut geeignet ist, die Sternentstehungsrate in
Galaxien zu messen. Dazu wurde die Röntgenstrahlung der
Galaxien mit Messungen der Sternentstehungsrate verglichen, was
in Abb. 3 dargestellt ist. Es ergibt sich eine gute
Übereinstimmung zwischen der Helligkeit und der
Sternentstehungsrate auch für weit entfernte Galaxien im
sogenannten Hubble Deep Field (HDF), als das Universum nur
ungefähr die Hälfte seines heutigen Alters hatte.
Diese Methode erlaubt nun, die Sternentstehungsrate unabhängig
zu messen. Außerdem ist es in Zukunft vielleicht auch
möglich, genauere Aussagen über die Sternentstehung an sich
zu machen, da die Existenz dieser speziellen Doppelsternsysteme sehr
empfindlich von den Bedingungen der Sternentstehung abhängt.
Hans-Jakob Grimm
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